Viimastel aastatel on tänu uue energiatööstuse kiirele arengule laserkeevitus oma kiirete ja stabiilsete eeliste tõttu kiiresti tunginud kogu uue energiatööstusse. Nende hulgas on laserkeevitusseadmetel uue energiatööstuse rakenduste suurim osakaal.
Laserkeevituson oma kiiruse, suure sügavusega ja väikese deformatsiooni tõttu kiiresti saanud esimeseks valikuks igas eluvaldkonnas. Alates punktkeevistest kuni põkk-keeviseni, ülesehitus- ja tihenduskeevistenilaserkeevituspakub enneolematut täpsust ja kontrolli. Sellel on oluline roll tööstustootmises ja -tootmises, sealhulgas sõjatööstuses, tervishoius, lennunduses, 3C autoosade, mehaanilise lehtmetalli, uue energia ja muudes tööstusharudes.
Võrreldes teiste keevitustehnoloogiatega on laserkeevitamisel omad eelised ja puudused.
Eelis:
1. Kiire kiirus, suur sügavus ja väike deformatsioon.
2. Keevitamist saab teha nii normaaltemperatuuril kui ka eritingimustes ning keevitusseadmed on lihtsad. Näiteks laserkiir ei triivi elektromagnetväljas. Laserid saavad keevitada vaakumis, õhus või teatud gaasikeskkondades ning keevitada materjale, mis on läbi klaasi või laserkiire jaoks läbipaistvad.
3. See suudab keevitada tulekindlaid materjale, näiteks titaani ja kvartsi, ning heade tulemustega ka erinevaid materjale.
4. Pärast laserkiire fokuseerimist on võimsustihedus kõrge. Kuvasuhe võib ulatuda 5:1-ni ja suure võimsusega seadmete keevitamisel kuni 10:1-ni.
5. Mikrokeevitust saab teostada. Pärast laserkiire fokuseerimist saab saada väikese täpi, mida saab täpselt positsioneerida. Seda saab rakendada mikro- ja väikeste detailide kokkupanekul ja keevitamisel automatiseeritud masstootmise saavutamiseks.
6. See suudab keevitada raskesti ligipääsetavaid kohti ja teostada kontaktivaba pikamaakeevitust suure paindlikkusega. Eriti viimastel aastatel on YAG-lasertöötlustehnoloogia võtnud kasutusele optilise kiu ülekandetehnoloogia, mis on võimaldanud laserkeevitustehnoloogiat laiemalt edendada ja rakendada.
7. Laserkiirt on lihtne ajas ja ruumis jagada ning mitut kiirt saab töödelda mitmes kohas samaaegselt, pakkudes tingimusi täpsemaks keevitamiseks.
Defekt:
1. Tooriku montaažitäpsus peab olema kõrge ja kiire asend toorikul ei tohi oluliselt kõrvale kalduda. Selle põhjuseks on väike teravustamisjärgne laserkiire täpi suurus ja kitsas keevisõmblus, mis raskendab lisametalli lisamist. Kui tooriku montaažitäpsus või kiire positsioneerimistäpsus ei vasta nõuetele, on keevitusdefektide tekkimise oht suur.
2. Laserite ja nendega seotud süsteemide maksumus on kõrge ning ühekordne investeering on suur.
Levinud laserkeevitusdefektidliitiumakude tootmises
1. Keevituspoorsus
Levinud veadlaserkeevituson poorid. Keevitussula vann on sügav ja kitsas. Laserkeevitusprotsessi ajal tungib lämmastik sula vanni väljastpoolt. Metalli jahtumis- ja tahkumisprotsessi ajal väheneb lämmastiku lahustuvus temperatuuri langedes. Kui sula metall jahtub ja hakkab kristalliseeruma, langeb lahustuvus järsult ja kiiresti. Sel ajal sadestub suur kogus gaasi, moodustades mullid. Kui mullide hõljumiskiirus on väiksem kui metalli kristalliseerumiskiirus, tekivad poorid.
Liitiumakude tööstuses leiame sageli, et poorid tekivad eriti tõenäoliselt positiivse elektroodi keevitamisel, kuid harva negatiivse elektroodi keevitamisel. Selle põhjuseks on asjaolu, et positiivne elektrood on valmistatud alumiiniumist ja negatiivne elektrood vasest. Keevitamise ajal kondenseerub pinnal olev vedel alumiinium enne sisemise gaasi täielikku ülevoolu, takistades gaasi ülevoolu ja suurte ja väikeste aukude moodustumist. Väikesed õhulõhed.
Lisaks eespool mainitud pooride põhjustele kuuluvad pooride hulka ka välisõhk, niiskus, pinnaõli jne. Lisaks mõjutavad pooride teket ka lämmastiku puhumise suund ja nurk.
Kuidas vähendada keevituspooride teket?
Esiteks, ennekeevitamineSissetulevate materjalide pinnal olevad õliplekid ja lisandid tuleb õigeaegselt puhastada; liitiumakude tootmisel on sissetulevate materjalide kontroll oluline protsess.
Teiseks tuleks kaitsegaasi voolu reguleerida vastavalt sellistele teguritele nagu keevituskiirus, võimsus, asend jne ning see ei tohiks olla liiga suur ega liiga väike. Kaitsekesta rõhku tuleks reguleerida vastavalt sellistele teguritele nagu laserkiire võimsus ja fookusasend ning see ei tohiks olla liiga kõrge ega liiga madal. Kaitsekesta otsiku kuju tuleks reguleerida vastavalt keevisõmbluse kujule, suunale ja muudele teguritele, et kaitsekest saaks keevitusala ühtlaselt katta.
Kolmandaks, kontrollige töökoja õhu temperatuuri, niiskust ja tolmu. Ümbritseva õhu temperatuur ja niiskus mõjutavad aluspinna ja kaitsegaasi niiskusesisaldust, mis omakorda mõjutab veeauru teket ja väljumist sulavannis. Kui ümbritseva õhu temperatuur ja niiskus on liiga kõrged, tekib aluspinna ja kaitsegaasi pinnale liiga palju niiskust, mis tekitab suure hulga veeauru ja pooride teket. Kui ümbritseva õhu temperatuur ja niiskus on liiga madalad, tekib aluspinna pinnale ja kaitsegaasile liiga vähe niiskust, mis vähendab veeauru teket ja seeläbi pooride teket; laske kvaliteedipersonalil keevitusjaamas temperatuuri, niiskuse ja tolmu sihtväärtused kindlaks teha.
Neljandaks, kiire kiikumise meetodit kasutatakse lasersügavkeevituse pooride vähendamiseks või kõrvaldamiseks. Keevitamise ajal lisanduva kiikumise tõttu põhjustab kiire edasi-tagasi kiikumine keevisõmbluse suhtes osa keevisõmbluse korduvat ümbersulamist, mis pikendab vedela metalli viibimisaega keevitusbasseinis. Samal ajal suurendab kiire läbipaine ka soojusenergiat pinnaühiku kohta. Keevisõmbluse sügavuse ja laiuse suhe väheneb, mis soodustab mullide teket, kõrvaldades seeläbi poorid. Teisest küljest põhjustab kiire kiikumine väikese augu vastavalt kiikumist, mis võib samuti anda keevitusbasseinile segamisjõu, suurendada keevitusbasseini konvektsiooni ja segamist ning avaldada kasulikku mõju pooride kõrvaldamisele.
Viiendaks, impulsi sagedus. Impulsi sagedus viitab laserkiire poolt ajaühikus kiiratavate impulsside arvule, mis mõjutab soojuse sisestamist ja soojuse akumuleerumist sulabasseinis ning seejärel temperatuurivälja ja vooluvälja sulabasseinis. Kui impulsi sagedus on liiga kõrge, põhjustab see sulabasseini liigset soojuse sisestamist, mis põhjustab sulabasseini temperatuuri liiga kõrgeks tõusmise, metalli auru või muude kõrgel temperatuuril lenduvate elementide tekkimise, mille tulemuseks on poorid. Kui impulsi sagedus on liiga madal, põhjustab see sulabasseini ebapiisavat soojuse akumuleerumist, mis põhjustab sulabasseini temperatuuri liiga madalaks langemist, vähendades gaasi lahustumist ja väljumist, mille tulemuseks on poorid. Üldiselt tuleks impulsi sagedus valida mõistlikus vahemikus, mis põhineb aluspinna paksusel ja laseri võimsusel, ning vältida liiga kõrget või liiga madalat sagedust.
Keevitusaugud (laserkeevitus)
2. Keevituspritsmed
Keevitusprotsessi käigus tekkiv pritsmekiht, laserkeevitus, mõjutab oluliselt keevisõmbluse pinnakvaliteeti ning saastab ja kahjustab läätse. Üldine toimivus on järgmine: pärast laserkeevituse lõpetamist ilmub materjali või tooriku pinnale palju metalliosakesi, mis kleepuvad materjali või tooriku pinnale. Kõige intuitiivsem toimivus on see, et galvanomeetri režiimis keevitamisel tekivad pärast galvanomeetri kaitseläätse kasutamist pinnale tihedad süvendid, mis on põhjustatud keevituspritsmetest. Pika aja möödudes on valgust lihtne blokeerida ja keevitusvalgusega tekivad probleemid, mille tulemuseks on mitmed probleemid, näiteks keevituse katkemine ja virtuaalne keevitamine.
Mis on pritsimise põhjused?
Esiteks, võimsustihedus, mida suurem on võimsustihedus, seda lihtsam on pritsmete teke ja pritsmete hulk on otseselt seotud võimsustihedusega. See on sajandivanune probleem. Vähemalt seni pole tööstus suutnud pritsimise probleemi lahendada ja saab vaid öelda, et see on veidi vähenenud. Liitiumaku tööstuses on pritsimine aku lühise suurim süüdlane, kuid see pole suutnud lahendada algpõhjust. Pritsmete mõju akule saab vähendada ainult kaitse seisukohast. Näiteks keevitusosa ümber on lisatud tolmuimejaportide ja kaitsekatete ring ning pritsmete mõju või isegi aku kahjustamise vältimiseks on ringidesse lisatud õhupuhutite ridu. Keevitusjaama ümbritseva keskkonna, toodete ja komponentide hävitamine on vahendite ammendunud.
Pritsmeprobleemi lahendamise kohta võib öelda vaid seda, et keevitusenergia vähendamine aitab pritsmeid vähendada. Keevituskiiruse vähendamine võib samuti aidata, kui läbitungimissügavus on ebapiisav. Kuid mõnede eriprotsessinõuete korral on sellel vähe mõju. See on sama protsess, erinevatel masinatel ja erinevatel materjalipartiidel on täiesti erinevad keevitustulemused. Seetõttu kehtib uue energia tööstuses kirjutamata reegel: ühe seadme jaoks on üks keevitusparameetrite komplekt.
Teiseks, kui töödeldud materjali või tooriku pinda ei puhastata, võivad õliplekid või saasteained põhjustada tõsiseid pritsmeid. Sel ajal on kõige lihtsam töödeldava materjali pinda puhastada.
3. Laserkeevituse kõrge peegelduvus
Üldiselt viitab kõrge peegeldus asjaolule, et töötlemismaterjalil on väike takistus, suhteliselt sile pind ja lähiinfrapunalaserite puhul madal neeldumiskiirus, mis viib suure laserkiirguse hulka ja kuna enamikku lasereid kasutatakse vertikaalselt. Materjali või väikese kalde tõttu siseneb tagasitulev laserkiir uuesti väljundpeasse ja isegi osa tagasitulevast valgusest ühendatakse energiat edastava kiuga ning edastatakse mööda kiudu tagasi laseri sisemusse, mistõttu laseri sees olevad põhikomponendid on jätkuvalt kõrgel temperatuuril.
Kui laserkeevituse ajal on peegelduvus liiga kõrge, saab kasutada järgmisi lahendusi:
3.1 Kasutage peegeldusvastast katet või töödelge materjali pinda: keevitusmaterjali pinna katmine peegeldusvastase kattega võib tõhusalt vähendada laserkiire peegelduvust. See kate on tavaliselt spetsiaalne madala peegeldusvõimega optiline materjal, mis neelab laserkiire energiat, selle asemel et seda tagasi peegeldada. Mõnes protsessis, näiteks voolukollektorkeevituses, pehmetes ühendustes jne, saab pinda ka reljeefselt töödelda.
3.2 Keevitusnurga reguleerimine: Keevitusnurga reguleerimisega saab laserkiire langeda keevitusmaterjalile sobivama nurga all ja vähendada peegelduse teket. Tavaliselt on hea viis peegelduste vähendamiseks see, kui laserkiir langeb keevitatava materjali pinnaga risti.
3.3 Abiabsorbendi lisamine: Keevitusprotsessi käigus lisatakse keevisõmblusele teatud kogus abiabsorbenti, näiteks pulbrit või vedelikku. Need neelajad neelavad laserenergiat ja vähendavad peegeldust. Sobiv absorbent tuleb valida konkreetsete keevitusmaterjalide ja rakendusstsenaariumide põhjal. Liitiumakude tööstuses on see ebatõenäoline.
3.4 Kasutage laserkiire edastamiseks optilist kiudu: Võimaluse korral saab laserkiire keevituskohta edastamiseks kasutada optilist kiudu, et vähendada peegeldust. Optilised kiud võivad laserkiire keevitusalale suunata, et vältida otsest kokkupuudet keevitusmaterjali pinnaga ja vähendada peegelduste esinemist.
3.5 Laseri parameetrite reguleerimine: Selliste parameetrite nagu laseri võimsus, fookuskaugus ja fookuskauguse läbimõõt reguleerimise abil saab kontrollida laseri energia jaotust ja vähendada peegeldusi. Mõnede peegeldavate materjalide puhul võib laseri võimsuse vähendamine olla tõhus viis peegelduste vähendamiseks.
3.6 Kasutage kiirejaoturit: Kiirejaotur saab suunata osa laserenergiast neeldumisseadmesse, vähendades seeläbi peegelduste esinemist. Kiirejaoturid koosnevad tavaliselt optilistest komponentidest ja neeldajatest ning sobivate komponentide valimise ja seadme paigutuse reguleerimise abil saab saavutada madalama peegelduvuse.
4. Keevitusalalõige
Millised liitiumaku tootmisprotsessi protsessid põhjustavad tõenäolisemalt lõhkemist? Miks lõhkemine toimub? Analüüsime seda.
Altlõige, üldiselt ei ole keevitusmaterjalid omavahel hästi ühendatud, vahe on liiga suur või ilmub soon, sügavus ja laius on põhimõtteliselt suuremad kui 0,5 mm, kogupikkus on suurem kui 10% keevisõmbluse pikkusest või suurem kui tooteprotsessi standardis nõutud pikkus.
Liitiumaku tootmisprotsessis on sisselõigete teke tõenäolisem ja see toimub üldiselt silindrilise katteplaadi tihendamiseelkeevituse ja -keevituse ning kandilise alumiiniumkesta katteplaadi tihendamiseelkeevituse ja -keevituse vahel. Peamine põhjus on see, et tihendusplaat peab kestaga koostööd tegema keevitamiseks. Tihendusplaadi ja kesta sobitamise protsess on altid liigsetele keevitusvahedele, soontele, kokkuvajumisele jne, mistõttu on sisselõigete teke eriti altid.
Mis siis põhjustab allalöömist?
Kui keevituskiirus on liiga suur, ei ole keevisõmbluse keskpunkti suunas oleva väikese augu taga oleval vedelal metallil aega ümber jaotuda, mille tulemuseks on tahkumine ja keevisõmbluse mõlemal küljel alalõikamine. Eeltoodud olukorda arvestades peame keevitusparameetreid optimeerima. Lihtsamalt öeldes on tegemist korduvate katsetega erinevate parameetrite kontrollimiseks ja DOE-meetodi jätkamisega, kuni sobivad parameetrid on leitud.
2. Liigsed keevitusvahed, sooned, keevitusmaterjalide vajumised jne vähendavad tühimikke täitva sulametalli hulka, muutes sisselõigete tekkimise tõenäolisemaks. See on seadmete ja tooraine küsimus. Kas keevitusmaterjalid vastavad meie protsessi sissetulevate materjalide nõuetele, kas seadmete täpsus vastab nõuetele jne. Tavapärane praktika on tarnijate ja seadmete eest vastutavate inimeste piinamine ja peksta.
3. Kui energia langeb laserkeevituse lõpus liiga kiiresti, võib väike auk kokku variseda, mille tulemuseks on lokaalne alalõikamine. Võimsuse ja kiiruse õige sobitamine aitab alalõikamise teket tõhusalt vältida. Nagu vanasõna ütleb, korrake katseid, kontrollige erinevaid parameetreid ja jätkake DOE-d, kuni leiate õiged parameetrid.
5. Keevituskeskme kokkuvarisemine
Kui keevituskiirus on aeglane, on sulavann suurem ja laiem, suurendades sulametalli hulka. See võib muuta pindpinevuse säilitamise keeruliseks. Kui sulametall muutub liiga raskeks, võib keevisõmbluse keskpunkt vajuda ja tekkida lohud ja süvendid. Sellisel juhul tuleb energiatihedust vastavalt vähendada, et vältida sulavanni kokkuvarisemist.
Teises olukorras moodustab keevitusvahe lihtsalt varisemise ilma perforatsiooni tekitamata. See on kahtlemata seadme pressliite probleem.
Laserkeevituse käigus tekkida võivate defektide ja nende põhjuste õige mõistmine võimaldab sihipärasemalt lahendada ebanormaalseid keevitusprobleeme.
6. Keevituspraod
Pideva laserkeevituse käigus tekkivad praod on peamiselt termilised praod, näiteks kristallpraod ja veeldumispraod. Nende pragude peamine põhjus on keevisõmbluse suured kokkutõmbumisjõud, mis tekivad enne selle täielikku tahkumist.
Laserkeevituse pragude tekkeks on ka järgmised põhjused:
1. Ebamõistlik keevisõmbluse disain: keevisõmbluse geomeetria ja suuruse vale disain võib põhjustada keevituspingete kontsentratsiooni, mis omakorda võib põhjustada pragusid. Lahenduseks on keevisõmbluse disaini optimeerimine, et vältida keevituspingete kontsentratsiooni. Võite kasutada sobivaid nihkega keevitusõmblusi, muuta keevisõmbluse kuju jne.
2. Keevitusparameetrite mittevastavus: Keevitusparameetrite vale valik, näiteks liiga suur keevituskiirus, liiga suur võimsus jne, võib põhjustada keevituspiirkonnas ebaühtlaseid temperatuurimuutusi, mille tulemuseks on suur keevituspinge ja praod. Lahenduseks on keevitusparameetrite kohandamine vastavalt konkreetsele materjalile ja keevitustingimustele.
3. Keevituspinna halb ettevalmistus: Keevituspinna ebapiisav puhastamine ja eeltöötlus enne keevitamist, näiteks oksiidide, rasva jms eemaldamine, mõjutab keevisõmbluse kvaliteeti ja tugevust ning võib kergesti põhjustada pragusid. Lahenduseks on keevituspinna piisav puhastamine ja eeltöötlus, et tagada keevituspiirkonnas olevate lisandite ja saasteainete tõhus töötlemine.
4. Keevitussoojuse ebaõige reguleerimine: Keevitussoojuse ebaõige reguleerimine, näiteks liiga kõrge temperatuur keevitamise ajal, keevituskihi ebaõige jahutuskiirus jne, põhjustab keevitusala struktuuri muutusi, mille tulemuseks on praod. Lahenduseks on temperatuuri ja jahutuskiiruse reguleerimine keevitamise ajal, et vältida ülekuumenemist ja kiiret jahutamist.
5. Ebapiisav pingete vähendamine: Ebapiisav pingete vähendamine pärast keevitamist põhjustab keevitatud ala ebapiisavat pingete vähendamist, mis omakorda põhjustab kergesti pragusid. Lahenduseks on sobiv pingete vähendamine pärast keevitamist, näiteks kuumtöötlus või vibratsioontöötlus (peamine põhjus).
Mis puutub liitiumakude tootmisprotsessi, siis millised protsessid põhjustavad tõenäolisemalt pragusid?
Üldiselt on praod kergesti tekkivad tihenduskeevitamise ajal, näiteks silindriliste teras- või alumiiniumkestade tihenduskeevitamisel, kandiliste alumiiniumkestade tihenduskeevitamisel jne. Lisaks on mooduli pakkimisprotsessi ajal pragude tekkimise oht ka voolukollektori keevitamisel.
Loomulikult võime nende pragude vähendamiseks või kõrvaldamiseks kasutada ka täitetraati, eelsoojendust või muid meetodeid.
Postituse aeg: 01.09.2023
